Upload
others
View
1
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
DESAIN BASIS DAN ANALISIS
STABILITAS PIPA GAS BAWAH LAUT
SIDANG HASIL P3
LABORATORIUM KEANDALAN DAN KESELAMATAN
JURUSAN TEKNIK SISTEM PERKAPALAN
FAKULTAS TEKNOLOGI KELAUTAN
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
HIMAWAN KHALID PRABOWO
4210 100 079
Latar Belakang
2
Memaksimalkan jalur distribusi dengan Pipeline
Panjang pipa : 72.5 km
Latar Belakang
3
Agar tidak terjadi kegagalan pada pipa, pecah
akibat tekanan dan operasi
Mencegah kebocoran pipa, pencemaran
lingkungan, pembengkakan biaya
4
Latar Belakang
Perumusan Masalah
5
1. Bagaimana desain basis pipa gas bawah laut yang sesuai ?
2. Bagaimana perhitungan stabilitas pipa bawah laut berdasarkan pada analisis
kestabilan pipa bawah laut (On bottom stability analysis) ?
4. Bagaimana allowable free span pipa bawah laut berdasarkan analisis free span ?
5. Bagaimana analisis pipa yang terjadi menggunakan pemodelan statis dan
dinamis ?
Tujuan Skripsi
6
1. Menganalisis penentuan dan pemilihan spesifikasi pipa bawah laut
yang sesuai
2. Menganalisis stabilitas pipa bawah laut secara vertikal maupun
horizontal
3. Menganalisis allowable free span pipa bawah laut berdasarkan
analisis free span secara statis dan dinamis
4. Menganalisis dengan simulasi software Autodesk Inventor dan Ansys
13.0
7
Batasan Masalah
1. Objek Penelitian adalah jalur gas pipeline dari FPU sampai ke
landfall SAPI sepanjang 72.5 km
2. Standar yang digunakan adalah American Protelium Institute (API) 2004, ASME B31.8-2003 “ Gas Transmission and distribution piping system (DNV) RP-E305 “On-Bottom stability Design of Submarine Pipelines, (DNV) RP-F105 “ Free Spanning pipelines“
3. Kondisi pipa yang dihitung adalah instalasi,operasi
Manfaat Skripsi
8
Dapat menghindari bahaya yang terjadi akibat dari rusaknya pipa gas
offshore diantaranya distribusi gas tidak akan terganggu, pencemaran
lingkungan dan pembengkakak biaya dalam pemasangan pipa
Penilaian stabilitas yang didapat bisa digunakan sebagai pertimbangan
oleh Kontraktor Kontrak Kerja Sama (KKKS) untuk mengambil
keputusan pemasangan pipa yang lebih efektif dan efisien dalam
operasi produksi dan eksplorasi minyak dan gas di Indonesia.
Metodologi
9
Studi Literatur
Identifikasi dan
Perumusan
Masalah
Mulai
- Standar Perhitungan
- Jurnal
- Paper
- Tugas Akhir
- InternetPengumpulan data
- Data Lingkungan
- Jalur pipa
- Profil tanah
- Temperatur dan tekanan
- Seabed profil
- Kapasitas produksi
Perancangan pipa
dan pemilihan
material
Perhitungan stabilitas pipa
( On-bottom Stability Analysis)
Vertical Stability
Lateral stability
Kriteria
material
memenuhi
Pemilihan ulang
material pipa
Berat pipa
Penambahan
lapisan beton
YES
NO
NO
YES
A
A. Material Grade :
harga, kekuatan material,
keteserdiaan barang
B. Wall thickness
Harga, kemampuan
pengelasan, mobilitas
Metodologi
10
Perhitungan Panjang Allowable
Free Span
Selesai
Simulasi dengan
software
Ansys 12.0
A
Dinamic
AnalysisStatic
Analysis
Kesimpulan dan
Rekomendasi
Simulasi dengan
Autodesk Inventor
Data Inputan
11
Description Unit Value Unit Value Unit Value
Gas velocity m/s 7 f/s 23.3
Gas max flowarate Mmcfd 440
Gas min flowrate Mmcfd 55.6
Delivery pressure gas Barg 71 psi 1029.5 Pa 7100000
Design pressure pipe Bara 128 psi 1856 Pa
Hydrotest preesure pipe Bara 160 psi 2320 Pa 16000000
Design temperature C 60
Operating temperature C 44.9
Operating pressure Bara 94.8 psi 1374.6 Pa 9480000
MAOP Bara 128 psi 1856 Pa 12800000
Fluid Density kg/m3 75
Modulus of Elacticity MPa 207000 psi 3001500 psi
Corrosion Allowance (mm) 3 in 43.5 in
Desain Basis Pipeline
12
𝑣𝑔=60 𝑍 𝑄𝑔 𝑇
𝑑𝑖2 𝑃 𝑑𝑖=
60 𝑍 𝑄𝑔𝑇
𝑉𝑔𝑃
API RP−14E Formula aliran gas
Diperoleh diameter minimal pipa
yang dipakai 22.2 inch / 544mm
Dimana,
Vg = gas velocity , feet/s
Di = pipe inside diameter, inch
Qg = gas flow rate, mmcfd
T = operating temperature, R
P = operating pressure, psia
Z = compresibility faktor
Allowable Check
13
1. Hoop stress
𝑆𝐻 ≤ 𝐹1𝑆𝑇
𝑆𝐻 = 𝑃𝐼 − 𝑃𝑒
𝐷
2𝑡
selisih tegangan yang dialami atau diterima oleh pipa karena tekanan
internal dan eksternal pipa. Dimana material pipa yang dipilih nilai
Hoop stress nya tidak boleh kurang dari nilai persamaan yang
disyaratkan
2. Tegangan efektif akibat Longitudinal Load
𝑇𝑒𝑓𝑓 ≤ 0.60𝑇𝑦 tegangan efektif yang diakibatkan oleh beban longitudinal tidak
boleh melebihi
14
3. Internal Pressure (Burst)
𝑃𝑡 ≤ 𝑓𝑑𝑓𝑒𝑓𝑡𝑃𝑏 besarnya tekanan hydrostatis tidak boleh melebihi tekanan maksimal pecah
4. Propagating Buckles
𝑃𝑜 − 𝑃𝑖 ≥ 𝑓𝑝𝑃𝑝 Besarnya tekanan akibat propagating buckle tidak boleh melebihi selisih
tekanan eksternal dan internal
15
Output Data Unit Material Grade Material Grade
X60 X65
Outer
Diameter inch 24 24 24 24 24 24
Required
Inner
Diameter
inch 22.2 22.2 22.2 22.2 22.2 22.2
Inner
Diameter inch 23.1 23.0 23.0 23.1 23.0 23.0
Minimum wall
thickness inch 0.46 0.46 0.46 0.42 0.42 0.42
Selected wall
thickness inch 0.438 0.469 0.5 0.438 0.47 0.5
SMYS 60000 65000
Design
Pressure Psi
1856 1856
Content
Density kg/m3
95 95
Density Sea
Water kg/m3
1025 1025
Design factor 0.8 0.8
Joint factor 1 1
Temperature
factor
1 1
Collapse factor
0.8 0.8
Trench depth inch 0 0
Gas velocity m/s 7 7
Check
Allowable
Hoop stress NO NO OK NO OK OK
Longitudinal
load OK OK OK OK OK OK
Internal
pressure OK OK OK OK OK OK
Propagating
Buckles OK OK OK OK OK OK
Seleksi dengan AHP
16
GOAL
PIPA B GRADE
API 5L X65
KEKUATAN
MATERIAL
KETERSEDIAAN
BARANGHARGA / BIAYA MOBILITAS
KEMAMPUAN
PENGELASANHARGA / BIAYA
MATERIAL
GARDE
WALL
THICKNESS
PIPA A
X60 t= 0.5
PIPA B
X65 t=0.469
PIPA C
X65 t=0.5
Seleksi dengan expert choise
17
Stabilitas pipa kondisi instalasi
18
Secara Vertikal
𝐹𝐿 ≤ 𝑊𝑠 𝑆𝐹𝑣 =𝑊𝑠+𝑊𝑏𝑢𝑜𝑦
𝑊𝑏𝑢𝑜𝑦≥ 1.1
Kondisi Instalasi : berat fluida pipa 0, belum
terisi, data lingkungan 1 tahun
Kondisi operasi : berat fluida gas, data
lingkungan 100 tahun
𝐹𝐷 ≤ 𝜇 . 𝑊𝑠 𝑆𝐹𝐿 =𝑊𝑠−𝐹𝐿 .𝜇
𝐹𝐷+𝐹𝐼≥ 1.1
Secara Lateral
Stabilitas pipa kondisi instalasi
19
kondisi Instalasi Pipa
no Concrete
coating(In)
Vertical
Stability
lateral
stability
1 2 1.77 0.7
2 4 2.05 1.21
3 6 2.24 1.6
4 8 2.38 1.9
5 10 2.48 2.19 0
0.5
1
1.5
2
2.5
0 2 4 6 8 10 12
Nila
i sta
bilit
as
Tebal concrete coating (in)
Stabilitas kondisi Instalasi
Vertical
Stability
lateral
stability
sudut fase FL (N/m) FD (N/m) FI (N/m) Ws (N/m)
50 180.11 102.839 155.800 697.389
Stabilitas pipa kondisi operasi
20
sudut fase FL (N/m) FD (N/m) FI (N/m) Ws (N/m)
25 485.26 334.541 92.546 1339.430
kondisi Operasi Pipa
no Concrete
coating(In)
Vertical
Stability
lateral
stability
1 2 2.41 0.48
2 4 2.54 0.71
3 6 2.63 0.9
4 8 2.69 1.08
5 10 2.74 1.25
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
0 2 4 6
Nila
i sta
bilit
as
Tebal concrete coating (in)
Stabilitas kondisi Operasi
lateral
stability
Vertical
Stability
1. Perhitungan panjang free span statis a. Akibat adanya maximum bending moment
𝐿𝑠𝑡𝑎𝑡𝑖𝑐 =12𝑀
𝑊𝑠
b. Akibat adanya penurunan permukaan dasar laut (Low
Depression)
𝐿
𝐿𝑐𝛽
= 0.112 + 10.98𝜎𝑚
𝜎𝑐− 16.71
𝜎𝑚
𝜎𝑐
2
+ 10.11𝜎𝑚
𝜎𝑐
3
𝜎𝑚
𝜎𝑐= dimentional bending stress
c. Akibat adanya bagian pipa yang terangkat (elevated
obstruction)
21
Free span analisys
22
Free span analisys
23
2. Perhitungan panjang free span dinamis
Besarnya frekuensi VIV tidak boleh melebihi dari besarnya
frekuensi natural (fn)
Fs = 𝑆𝑡𝑈
𝐷 < 𝑓𝑛=
𝑎
2𝜋𝐿2
𝐸𝐼
𝑚𝑒
St= strouhal number 0.2
a. Akibat kondisi Cross flow
𝐿𝑐 =𝑎𝑈𝑟𝐷𝑡𝑜𝑡
2𝜋𝑈𝑟
𝐸𝐼
𝑚𝑒
b. Akibat kondisi in line
𝐿𝑐 =𝑎
𝑓𝑛𝑥2𝜋
𝐸𝐼
𝑚𝑒
Mitigasi dengan grout bag
24
𝐹 = Tekanan karena arus laut
𝐹 = 𝑃 𝑥 𝐴
𝐹 =1
2𝜌𝑉2 . 𝐴𝑟𝑒𝑎
𝐹 =1
2𝜌𝑉2 .
𝐻
2(𝐴 2 + 𝐵√2)
Gaya gesek dari groutbag dihitung
menggunakan rumus :
𝑅 = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 . 𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑡𝑦 . µ . 9,807
Mitigasi dengan grout bag
25
1. Syarat pertama adalah besarnya R > F
𝐹 =1
2𝜌𝑉2 . 𝐴𝑟𝑒𝑎 > 𝑅 = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 . 𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑡𝑦 . µ . 9,807
2. Syarat yang kedua adalah besarnya kecepatan arus yang
diperboleh dari hasil hitungan harus lebih besar daripada
kecepatran arus dari data lingkungan Vr > Vl
𝑉𝑟 =𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒. 𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑡𝑦. µ . 9,807
12 𝜌𝑉2 .
𝐻2 (𝐴 2 + 𝐵√2)
Vr > Vl
Simulasi statis Inventor
26
Von Mises Stress
𝜎𝑉 = 𝜎ℎ2 + 𝜎𝐿2 − 𝜎ℎ. . 𝜎𝐿
𝜎𝑉 = 310.842 +240.42-310.84 x 240.4
= 282.29 Mpa
𝜎𝑉< SMYS
282.9 < 448 Mpa
Displacement Pipa
53.47 mm
Simulasi dimanis
27
Simulasi dinamis
28
Permukaan pipa yang langsung terkena arus
mempunyai tekanan maksimal 263.2 Pa.
Kesimpulan
29
1. Berdasarkan pada (API) RP 1111 2003 dan ASME B.318 pemilihan seleksi
menngunakan metode Analytical Hierarchy Process (AHP) diperoleh pipa dengan
spesifikasi pipa 24 in Grade X65 wall thickness 0.469 in.
2. Pada kondisi instalasi dan operasi pipa akan memenuhi kestabilan secara
Vertical dan Horizontal dengan concrete coating 10 in, dimana nilai kestabilan
diatas safety faktor 1.1
3. Diantara banyaknya free span yang terjadi di dalam jalur pipa, terdapat
beberapa free span yang mengalami kegagalan secara static dan secara dinamis.
Dimana panjang free span terpanjang adalah terdapat pada KP 7-8 dengan
panjang free span 35 meter dan kedalaman 3 meter. Free span tersebut
mempunyai tingkat keamanan yang rendah, sehingga harus dilakukan mitigasi yaitu
dengan pemasangan support Grout Bag untuk memperpendek bentang free span
yang terjadi.
4. Setelah dilakukan simulasi dengan menggunakan software Autodesk Inventor
maka diketahui besarnya Von Misses Stress sebesar 237.3 Mpa dengan
displacement sebesar 53.47 mm. dan hasil tersebut masih dalam kondisi aman
karena tidak melebihi nilai Yield Strength pipa grade X65 sebesar 448 Mpa.
30